氮化镓同质外延方法技术

本发明专利技术提供一种氮化镓同质外延方法，包括步骤：提供一氮化镓衬底，在氮化镓衬底上生长氮化镓外延层，其中，生长氮化镓外延层包括多个生长阶段，每个当前生长阶段的生长温度高于前一生长阶段的生长温度，每个当前生长阶段的生长速率大于前一生长阶段的生长速率，以抑制生长氮化镓外延层过程中，氮化镓衬底在高温下的分解。本发明专利技术生长初期通过较低的生长温度，可以有效抑制氮化镓衬底表面的分解，从而获得良好的生长表面，提高氮化镓外延层的生长质量，后期通过提高生长温度和生长速率，可以有效提高氮化镓外延层的生长效率。通过上述方法，可以在保证生长效率的同时，避免氮化镓衬底表面的分解，获得晶体质量良好的氮化镓外延层。层。层。

【技术实现步骤摘要】
氮化镓同质外延方法


[0001]本专利技术属于半导制造领域，特别是涉及一种氮化镓同质外延方法。

技术介绍

[0002]第三代半导体材料由于能量禁带一般大于3.0电子伏，又被称为宽禁带半导体。相比于传统的硅基和砷化镓基半导体材料，宽禁带半导体(例如碳化硅、氮化镓、氮化铝及氮化铟等)由于具有特有的禁带范围、优良的光、电学性质和优异的材料性能，能够满足大功率、高温高频和高速半导体器件的工作要求，在汽车及航空工业、医疗、通讯、军事、普通照明及特殊条件下工作的半导体器件等方面具有十分广泛的应用前景。
[0003]氮化镓作为典型的第三代半导体材料，具有直接带隙宽、热导率高等优异性能而受到广泛关注。氮化镓相较于第一代和第二代半导体材料除了具有更宽的禁带(在室温下其禁带宽度为3.4ev)，可以发射波长较短的蓝光，其还具有高击穿电压、高电子迁移率、化学性质稳定、耐高温及耐腐蚀等特点。因此，氮化镓非常适合用于制作抗辐射、高频、大功率和高密度集成的电子器件以及蓝、绿光和紫外光电子器件。目前，氮化镓半导体材料的研究和应用已成为全球半导体研究的前沿和热点。
[0004]然而，目前氮化镓的单晶生长困难、价格昂贵，氮化镓的生长大多仍采用异质外延，所选用的异质衬底有硅衬底、碳化硅衬底和蓝宝石衬底；在异质衬底上生长氮化镓会带来晶格适配和热适配导致器件中存在残余应力影响其性能。大规模化的同质外延的生长目前仍存在较大的问题，一个较为难以克服的问题是氮化镓衬底与蓝宝石、Si衬底相比，氮化镓衬底在高温下发生分解，导致氮化镓外延的生长表面晶体质量变差，难以获得高质量的氮化镓外延结构。
[0005]应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的
技术介绍
部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

技术实现思路

[0006]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种氮化镓同质外延方法，用于解决现有技术中氮化镓衬底在高温下会发生分解导致氮化镓外延质量较差的问题。
[0007]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种氮化镓同质外延方法，所述外延方法包括步骤：提供一氮化镓衬底，在所述氮化镓衬底上生长氮化镓外延层，其中，生长氮化镓外延层包括多个生长阶段，每个当前生长阶段的生长温度高于前一生长阶段的生长温度，每个当前生长阶段的生长速率大于前一生长阶段的生长速率，以抑制生长所述氮化镓外延层过程中，所述氮化镓衬底在高温下的分解。
[0008]可选地，每个当前生长阶段的生长温度比前一生长阶段的生长温度高30℃～60℃，每个当前生长阶段的生长速率比前一生长阶段的生长速率大0.2μm/h～0.6μm/h。
[0009]可选地，生长所述氮化镓外延层包括的生长阶段为3个～10个，所述氮化镓外延层的厚度为50纳米～200微米之间。
[0010]可选地，所述外延方法包括步骤：
[0011]1)提供一氮化镓衬底，将所述氮化镓衬底加热至第一温度，在第一生长速率下于所述氮化镓衬底上生长氮化镓外延层的第一部分厚度；
[0012]2)将所述氮化镓衬底加热至第二温度，在第二生长速率下于所述氮化镓衬底上生长氮化镓外延层的第二部分厚度；
[0013]3)将所述氮化镓衬底加热至第三温度，在第三生长速率下于所述氮化镓衬底上生长氮化镓外延层的第三部分厚度；
[0014]4)将所述氮化镓衬底加热至第四温度，在第四生长速率下于所述氮化镓衬底上生长氮化镓外延层的第四部分厚度；
[0015]5)将所述氮化镓衬底加热至第五温度，在第四生长速率下于所述氮化镓衬底上生长氮化镓外延层的第五部分厚度；
[0016]其中，所述第一温度、第二温度、第三温度、第四温度、第五温度为依次升高；所述第一生长速率、第二生长速率、第三生长速率、第四生长速率、第五生长速率为依次增大。
[0017]可选地，步骤1)中，将所述氮化镓衬底加热至830℃～870℃，以氨气NH3作为N源，三乙基镓TEG作为Ga源于所述氮化镓衬底上生长氮化镓外延层的第一部分厚度，生长速率为0.1μm/h～0.3μm/h，所述生长过程包括先通入三乙基镓TEG的生长时间为40s～300s，然后停止通入三乙基镓TEG的生长时间为20s～150s。
[0018]可选地，步骤2)中，将所述氮化镓衬底加热至880℃～920℃，以氨气NH3作为N源，三乙基镓TEG作为Ga源于所述氮化镓衬底上生长氮化镓外延层的第二部分厚度，生长速率为0.4μm/h～0.6μm/h，所述生长过程包括先通入三乙基镓TEG的生长时间为40s～300s，然后停止通入三乙基镓TEG的生长时间为20s～150s。
[0019]可选地，步骤3)中，将所述氮化镓衬底加热至940℃～960℃，以氨气NH3作为N源，三乙基镓TEG作为Ga源于所述氮化镓衬底上生长氮化镓外延层的第三部分厚度，生长速率为0.8μm/h～1.2μm/h，所述生长过程包括先通入三乙基镓TEG的生长时间为40s～300s，然后停止通入三乙基镓TEG的生长时间为20s～150s。
[0020]可选地，步骤4)中，将所述氮化镓衬底加热至980℃～1020℃，以氨气NH3作为N源，三甲基镓TMG作为Ga源于所述氮化镓衬底上生长氮化镓外延层的第四部分厚度，生长速率为1.3μm/h～1.7μm/h，所述生长过程包括先通入三甲基镓TMG的生长时间为40s～300s，然后停止通入三甲基镓TMG的生长时间为20s～150s。
[0021]可选地，步骤5)中，将所述氮化镓衬底加热至1030℃～1070℃，以氨气NH3作为N源，三甲基镓TMG作为Ga源于所述氮化镓衬底上生长氮化镓外延层的第五部分厚度，生长速率为1.8μm/h～2.2μm/h，所述生长过程包括先通入三甲基镓TMG的生长时间为40s～300s，然后停止通入三甲基镓TMG的生长时间为20s～150s。
[0022]可选地，所述氮化镓外延层的生长方法包括金属有机化学气相沉积法、氢化物气相外延及分子束外延中的一种。
[0023]如上所述，本专利技术的氮化镓同质外延方法，具有以下有益效果：
[0024]本专利技术实现了一种在氮化镓衬底上同质外延氮化镓外延层的方法，通过逐步提高
生长升温，逐渐提高生长速率的方法，生长初期通过较低的生长温度，可以有效抑制氮化镓衬底表面的氮化镓材料的分解，从而获得良好的生长表面，提高氮化镓外延层的生长质量，后期通过提高生长温度和生长速率，可以有效提高氮化镓外延层的生长效率，在生长相同厚度的氮化镓外延层的条件下，降低氮化镓衬底在高温过程下的时间，进而也降低氮化镓衬底分解的概率。通过上述方法，可以在保证生长效率的同时，避免氮化镓衬底表面的分解，获得晶体质量良好的氮化镓外延层。
附图说明
[0025]所包括的附图用来提供对本申请实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于说明本申请的实施方式，并与文字描述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氮化镓同质外延方法，其特征在于，所述外延方法包括步骤：提供一氮化镓衬底，在所述氮化镓衬底上生长氮化镓外延层，其中，生长氮化镓外延层包括多个生长阶段，每个当前生长阶段的生长温度高于前一生长阶段的生长温度，每个当前生长阶段的生长速率大于前一生长阶段的生长速率，以抑制生长所述氮化镓外延层过程中，所述氮化镓衬底在高温下的分解。2.根据权利要求1所述的氮化镓同质外延方法，其特征在于：每个当前生长阶段的生长温度比前一生长阶段的生长温度高30℃～60℃，每个当前生长阶段的生长速率比前一生长阶段的生长速率大0.2μm/h～0.6μm/h。3.根据权利要求1所述的氮化镓同质外延方法，其特征在于：生长所述氮化镓外延层包括的生长阶段为3个～10个，所述氮化镓外延层的厚度为50纳米～200微米之间。4.根据权利要求1所述的氮化镓同质外延方法，其特征在于，所述外延方法包括步骤：1)提供一氮化镓衬底，将所述氮化镓衬底加热至第一温度，在第一生长速率下于所述氮化镓衬底上生长氮化镓外延层的第一部分厚度；2)将所述氮化镓衬底加热至第二温度，在第二生长速率下于所述氮化镓衬底上生长氮化镓外延层的第二部分厚度；3)将所述氮化镓衬底加热至第三温度，在第三生长速率下于所述氮化镓衬底上生长氮化镓外延层的第三部分厚度；4)将所述氮化镓衬底加热至第四温度，在第四生长速率下于所述氮化镓衬底上生长氮化镓外延层的第四部分厚度；5)将所述氮化镓衬底加热至第五温度，在第四生长速率下于所述氮化镓衬底上生长氮化镓外延层的第五部分厚度；其中，所述第一温度、第二温度、第三温度、第四温度、第五温度为依次升高；所述第一生长速率、第二生长速率、第三生长速率、第四生长速率、第五生长速率为依次增大。5.根据权利要求4所述的氮化镓同质外延方法，其特征在于，步骤1)中，将所述氮化镓衬底加热至830℃～870℃，以氨气NH3作为N源，三乙基镓TEG作为Ga源于所述氮化镓衬底上生长氮化镓外延层的第一部分厚度，生长速率为0.1μm/h～0.3μm/h，所述生长过程包括先通入三乙基镓TEG的生长...

【专利技术属性】
技术研发人员：王瑞，庄文荣，孙明，颜建峰，敖辉，
申请(专利权)人：东莞市中器集成电路有限公司，
类型：发明
国别省市：